KR100638239B1 - 누전 차단기 - Google Patents

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KR100638239B1
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이원호
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Abstract

본 발명은 누전 차단기를 공개한다. 이 누전 차단기는 부하로/로부터 입력/출력되는 전류가 흐르는 제 1 선로와 부하로부터/로 출력/입력되는 전류가 흐르는 제 2 선로와 전원 케이블의 금속 외피의 누설 전류가 흐르는 제 3 선로를 구비하고, 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 선로간의 전류차에 대응되는 자기장을 생성하는 차동 변압기와, 상기 차동 변압기의 자기장에 대응되는 전기적인 신호를 생성하고 출력하는 홀 소자를 구비하고, 상기 홀 소자의 출력 신호에 응답하여 누설 전류 발생 여부를 확인하고, 누설 전류 발생이 확인되면, 상기 제 1 선로와 상기 제 2 선로를 개방하는 것을 특징으로 한다. 따라서 생산 원가를 절감시킴과 동시에 누전 차단기의 자가 테스트 기능을 제공하여 누전 차단기의 동작 신뢰성을 제공한다.

Description

누전 차단기{Leakage Current Detect Interrupter}
도 1은 본 발명의 누전 차단기의 내부 블록도를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 누전 차단기의 제 1 실시예에 따른 회로도를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 누전 차단기의 제 2 실시예에 따른 회로도를 도시한 도면이다.
본 발명은 전력 시스템에 있어서, 누설전류, 감전, 단락 사고가 발생하거나 전원 케이블에 아크 결함이 발생한 경우에 이를 검출하여 차단할 수 있도록 하는 누전 차단기에 관한 것이다.
누전차단기는 전력 시스템에 이용되는 장치로서, 사용자 또는 부하에 의한 누설전류, 감전, 단락 사고(이하 누설전류로 총칭하기로 한다)가 발생하면, 이를 회로적으로 감지하여 선로를 차단함으로써 안전사고를 미연에 방지하는 기기이다.
종래의 누전차단기는 상기의 누설전류를 감지하기 위해 하나의 차동 변압기를 이용하여 부하로 인가되는 전류와 부하로부터 출력되는 전류를 비교하고, 이로 부터 누설 전류의 존재여부를 판단하였다.
그러나 종래의 누전 차단기는 일반적으로 하나의 차동 변압기를 사용하여 누설 전류를 감지하고, 이로부터 누전 차단 기능을 수행하여야 했으므로, 고성능의 차동 변압기 및 많은 2차권선을 필요로 하는 단점이 있었다.
또한 종래의 누전 차단기는 정상 동작 유무를 판단하기 위한 테스트 수단을 더 구비하는데, 이때의 테스트 수단은 차동 변압기에 임의의 전류를 인가하고, 차동 변압기가 이를 감지하도록 하는 형태를 가진다.
이에 종래의 누전 차단기의 경우, 반드시 고성능의 차동 변압기를 이용하여야 하여 생산 원가가 증대되는 문제가 있었다.
그리고 상기와 같은 누전 차단기를 사용함에도 불구하고 전력 시스템의 안전사고는 아주 빈번하게 발생되고 있는데, 이는 상기의 누설전류에 의한 안전사고 뿐만 아니라 전원 케이블의 아크형 결함(Arcing type fault)에 의한 안전사고도 매우 빈번하게 발생하기 때문이다.
여기서, 아크형 결함은 전원 케이블의 노화, 절연 및 배선 파괴, 과사용 또는 과전류에 의한 기계적 및 전기적 스트레스 등으로 인해 내부의 전선이 외부로 노출되면서, 전원 케이블의 금속 외피를 통해 전류가 흐르게 되는 것을 지칭한다.
특히, 미국 가전 제품 안전 위원회(Consumer Product Safety Commission:CPSC)에서는 1997년 발생한 화재 중에서 40 %가 아크형 결함에 의한 것으로 판정하였다. 그에 따라, 미국 내선 규정(National Electric Code:NEC)에서는 아크 결함 보호용 차단기(Arc Fault Circuit Interrupter:AFCI)를 2002년 1월부터 가정에서 사용하도록 의무화하였다.
본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로 홀 소자를 이용하여 누설 전류를 감지할 수 있도록 하는 누전 차단기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 누설 전류 뿐만 아니라 아크형 결함도 감지할 수 있도록 하는 누전 차단기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 누전 차단기의 자가 테스트 기능을 제공하는 누전 차단기를 제공하는 데 있다.
상기의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 누전 차단기는 부하로/로부터 입력/출력되는 전류가 흐르는 제 1 선로와 부하로부터/로 출력/입력되는 전류가 흐르는 제 2 선로와 전원 케이블의 금속 외피의 누설 전류가 흐르는 제 3 선로를 구비하고, 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 선로간의 전류차에 대응되는 자기장을 생성하는 차동 변압기와, 상기 차동 변압기의 자기장에 대응되는 전압을 가지는 전기 신호를 생성하고 출력하는 홀 소자와, 테스트시에는 상기 차동변압기를 거치지 않는 상기 제 1 선로와 상기 차동변압기를 거친 제 2 선로간을 연결하여, 상기 제 1 선로와 상기 제 2 선로간에 인위적인 전류차가 발생되도록 하는 테스트부와, 누설 전류의 발생을 통보받으면, 상기 차동변압기를 거친 상기 제 1 선로와 상기 제 2 선로 각각을 개방하는 선로 연결 스위칭부와, 상기 전기 신호의 전압이 소정값이상이면, 누설 전류의 발생을 확인하고 통보하는 선로 연결 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
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이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 누전 차단기를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 누전 차단기의 내부 블록도를 도시한 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 누전 차단기(10)는 전원 인가단(1), 누설 전류 검출부(2), 선로 연결 제어부(3), 선로 연결 스위칭부(4), 및 테스트부(5)를 구비한다.
그리고 누전 차단기(10)는 전원 케이블(20)을 통해 부하(30)에 연결되어, 부하(30)에 교류 전원을 인가한다.
이때의 전원 케이블(20)은 교류 전원이 흐르는 상 도전선(L)과 중립 도전선(N)을 구비하며, 상 도전선와 중립 도전선은 금속 외피로 각각 실드(shield)되거 나, 상 도전선와 중립 도전선의 전체가 금속 외피로 실드(shield)된다.
전원 인가단(1)은 상 도전선(L)과 연결되는 제 1 선로(PL1), 중립 도전선(N)과 연결되는 제 2 선로(PL2), 및 접지선(GND)과 연결되는 제 3 선로(PL3)를 구비하고, 제 1 및 제 2 선로(PL1, PL2)를 통해 전원 케이블(20) 및 부하(30)에 교류 전원을 입력하고, 제 3 선로(PL3)를 통해 누전 차단기(10)의 접지를 수행하여 준다.
누설 전류 검출부(2)는 제 1 선로(PL1)를 통해 부하로/로부터 입력/출력되는 전류와 제 2 선로(PL2)를 통해 부하로부터/로 출력/입력되는 전류를 모니터링하여, 누설 전류의 존재 여부를 파악하고, 누설 전류가 발생하면, 이에 상응하는 전기적인 신호를 출력한다. 또한 누설 전류 검출부(2)는 제 4 선로(PL4)를 통해 전원 케이블(20)의 금속 외피를 통해 흐르는 전류를 모니터링하여, 아크형 결함의 발생 여부를 파악하고, 아크형 결함이 발생하면 이에 상응하는 전기적인 신호를 출력한다.
선로 연결 제어부(3)는 신호 처리부(31)와 동작 전원 발생부(32)를 구비한다. 그리고 신호 처리부(31)는 누설 전류 검출부(2) 및 동작 전원 발생부(32)와 연결되어, 누설 전류 검출부(2)로부터 전기적인 신호가 출력되면 누설 전류가 발생하였음을 확인하고 선로 연결 스위칭부(4)를 제어하여 제 1 선로(PL1)와 제 2 선로(PL2)를 개방하도록 한다.
그리고 동작 전원 발생부(4)는 누설 전류 검출부(2)를 거친 제 1 선로(PL1) 및 제 2 선로(PL2)와 신호 처리부(31)와 연결되어, 제 1 선로(PL1) 및 제 2 선로(PL2)를 통해 흐르는 교류 전원을 입력받고, 이로부터 신호 처리부(31)의 동작 전원과 누설 전류 검출부(2)의 동작 전원을 생성한다.
선로 연결 스위칭부(4)는 누설 전류 검출부(2)와 부하(30) 사이에 위치하여 선로 연결 제어부(3)의 제어하에 제 1 선로(PL1) 및 제 2 선로(PL2)를 개방 또는 단락하여 준다.
테스트부(5)는 전원 인가단(1)과 누설 전류 검출부(2) 사이의 제 1 선로(PL1)와 누설 전류 검출부(2)와 부하(30) 사이의 제 2선로(PL2)와 연결되어, 테스트 시에 누전 차단기(10)의 제 1 선로(PL1)와 제 2 선로(PL2)의 전류량을 인위적으로 변경한다.
이에 테스트 시에 제 1 선로(PL1) 및 제 2 선로(PL2)를 개방되면 누전 차단기(10)는 정상 동작되고 있음을 확인하고, 반면에 제 1 선로(PL1)와 제 2 선로(PL2)의 전류량을 인위적으로 변경하였음에도 불구하고 제 1 선로(PL1) 및 제 2 선로(PL2)가 개방되지 않으면, 누전 차단기(10)는 오동작 되고 있음을 확인한다.
특히, 본 발명의 누설 전류 검출부(2)는 홀 소자를 이용하여 부하(30) 또는 전원 케이블(20)의 금속 외피의 누설 전류 발생을 검출한다.
홀 소자는 홀 효과를 이용하는 반도체 소자로서, 자기장과 전류 상호작용에 의한 홀효과로 고체내에서 자기장과 전류 방향에 직각되게 전압을 발생한다,
이하 도 2는 내부적으로 증폭기, 슈미트 트리거 기능을 구비하는 홀 소자를 구비하는 누전 차단기를 설명하는 것이고, 도 3은 증폭기, 슈미트 트리거 기능을 구비하지 않는 홀 소자를 구비하는 누전 차단기를 설명하는 것이다.
이에 도 2를 참조하여 도 2는 내부적으로 증폭기, 슈미트 트리거 기능을 구비하는 홀 소자를 구비하는 누전 차단기를 살펴보도록 한다.
도면에 도시된 바와 같이, 전원 인가단(1)은 상 도전선(L)과 연결되는 제 1 선로(PL), 중립 도전선(N)과 연결되는 제 2 선로(PL2), 및 접지선(GND)과 연결되는 제 3 선로(PL3)를 구비한다.
누설 전류 검출부(2)는 부하로/로부터 입력/출력되는 전류가 흐르는 제 1 선로(PL1), 부하로부터/로 출력/입력되는 전류가 흐르는 제 2 선로(PL2), 전원 케이블의 금속외피를 통해 흐르는 전류가 흐르는 제 4 선로(PL4), 및 제 1 선로(PL1) 및 제 2 선로(PL2)가 관통하고 제 4 선로(PL4)가 접촉되어 제 1, 제 2, 및 제 4 선로(PL1, PL2, PL4)를 통해 흐르는 전류에 상응하는 자기장을 생성하는 차동 변압기(21)와, 차동 변압기(21)의 코어 양단 사이에 위치하고, 차동 변압기(21)의 자기장에 따라 전압을 생성하고, 생성된 전압을 가지는 전기적인 신호를 발생하는 홀 소자(22)를 구비한다.
선로 연결 제어부(3)는 신호 처리부(31)와 동작 전원 발생부(32)를 구비하고, 신호 처리부(31)는 누설 전류 검출부(2)로부터 출력되는 신호의 과전압을 제거하는 클랭핑 회로(311), 클램핑 회로(311)의 출력 신호를 증폭하는 증폭기(312), 증폭기(312)의 출력신호를 래치하는 래치(313), 및 제어 전극은 래치(313)와 연결되고 양극은 선로 연결 스위칭부(4)와 연결되고 음극은 동작 전원 발생부(32)와 연결되어, 및 래치(313)의 출력 신호에 따라 온/오프되는 사이리스터(SCR)를 구비한다.
그리고 동작 전원 발생부(32)는 4개의 다이오드(D1~D4)를 구성되어, 누설 전류 검출부(2)를 거친 제 1 선로(PL1) 및 제 2 선로(PL2)를 통해 인가되는 교류 전 원을 전파 정류하여 동작 전원(DC 전원)으로 변환하는 전파 정류기(321), 저항(R3)과 커패시터(C1)로 구성되어 전파 정류기(321)의 동작 전원을 평활화하는 평활회로(322), 및 저항(R4), 제너 다이오드(ZD), 및 캐패시터(C2)로 구성되어 전파 정류기(321)의 동작 전원을 인가받아 홀 소자의 동작 전원을 발생하는 정전압 회로(323)를 구비한다.
선로 연결 스위칭부(4)는 제 1 선로(PL1)와 연결되어 제 1 선로(PL1)를 단락 또는 개방시키는 제 1 스위치(SW1)와 제 2 선로(PL2)와 연결되어 제 2 선로(PL2)를 단락 또는 개방시키는 제 2 스위치(SW2), 및 동작 전원 발생부(32)의 출력단과 신호 처리부(31)의 사이리스터(SCR)의 양극 사이에 위치하며 전파 정류기(321)의 동작 전원을 인가받아 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)를 "온" 또는 "오프"시키는 솔레노이드(SOL)를 구비한다.
테스트부(5)는 전원 인가단(1)을 거친 제 1 선로(PL1)와 연결되는 저항(R5), 선로 연결 스위칭부(4)를 거친 제 2선로(PL2)와 연결되고, 테스트시에 "온"되는 제 3 스위치(SW3)를 구비한다.
이하에서 도 2를 참조하여 누전 차단기(10)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
초기화시의 누전 차단기(10)는 다음과 같은 상태를 가진다.
선로 연결 스위칭부(4)의 제 1 및 제 2 스위치(SW1, SW2)는 "온" 상태가 되며, 동작 전원 발생부(32)는 누설 전류 검출부(2)를 거친 제 1 선로(PL1) 및 제 2 선로(PL2)를 통해 인가되는 교류전원에 응답하여 신호 처리부(31)의 동작 전원을 발생한다. 그리고 신호 처리부(31)는 동작 전원 발생부로(32)부터 동작 전원을 인 가받아 활성화 상태가 되며 이때의 래치(313)는 로우 레벨 신호를 발생한다.
본 발명의 누전 차단기는 부하(30) 또는 전원 케이블(20)의 금속 외피를 통해 누설 전류가 발생하지 않는 경우, 부하(30)를 통해 누설 전류가 발생하는 경우, 전원 케이블(20)의 금속 외피를 통해 누설 전류가 발생하는 경우, 및 테스트를 수행하는 경우 각각에 대해 달리 동작된다.
먼저, 부하(30) 또는 전원 케이블(20)의 금속 외피를 통해 누설 전류가 발생하지 않을 경우의 누전 차단기의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
이때, 차동 변압기(21)의 제 1 선로(PL1)를 통해 부하(30)로/로부터 입력/출력되는 전류량과 제 2 선로(PL2)를 통해 부하(30)로부터/로 출력/입력되는 전류량은 동일하다. 그리고 제 4 선로(PL4)를 통해서는 전류가 흐르지 않는다.
이에 차동 변압기(21)의 내부에서 제 1 선로(PL1)에 의해 발생되는 자기장과 제 2 선로(PL2)에 의해 발생되는 자기장은 서로 동일한 값을 가지되 서로 반대되는 극성을 가진다. 이에 제 1 선로(PL1)에 의해 발생되는 전압과 제 2 선로(PL2)에 의해 발생되는 자기장은 서로 상쇄된다. 즉, 자기장은 발생하지 않고, 이에 따라 홀 소자(22)도 전기적인 신호도 발생하지 않는다.
누설 전류 검출부(2)로부터 출력 신호를 인가받지 못한 신호 처리부(3)는 초기화 상태를 그대로 유지하고, 이에 신호 처리부(3)의 래치(313)는 초기화 값인 로우 레벨 신호를 발생하고, 사이리스터(SCR)는 래치신호 처리부(3)로부터 로우 레벨 신호를 인가받아 "오프" 된다.
이에 선로 연결 스위칭부(4)의 솔레노이드(SOL)로는 전류가 흐르지 못해 제 1 스위치 및 제 2 스위치(SW1, SW2)는 "온" 상태를 유지한다.
이와 같이 도 2의 누전 차단기(10)는 부하(30) 또는 전원 케이블(20)의 금속 외피에 누설 전류가 발생하지 않는 경우에는, 제 1 선로(PL1) 및 제 2 선로(PL2)를 통해 전원 인가단(1)의 교류 전원이 부하(30)로 인가한다.
이어서, 부하(30)를 통해 누설 전류가 발생하였을 경우의 누전 차단기의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
부하(30)를 통해 누설 전류가 발생하면 부하(30)로 입력되는 전류보다 부하(30)로부터 출력되는 전류는 적어지게 된다.
이에 차동 변압기(21)의 제 1 선로(PL1)를 통해 부하(30)로/로부터 입력/출력되는 전류량과 제 2 선로(PL2)를 통해 부하(30)로부터/로 출력/입력되는 전류량은 상이해진다.
그러면 차동 변압기(21)는 제 1 선로(PL1)와 제 2 선로(PL2)의 전류차에 상응하는 자기장을 발생하고, 홀 소자(22)는 차동 변압기(21)의 자기장에 따라 전기적인 신호를 발생하고, 신호 처리부(31)로 인가한다.
신호 처리부(31)의 클램핑 회로(311)는 홀 소자(22)로부터 인가받은 전기적 신호의 과전압을 제거한 후 출력하고, 증폭기(312)는 클램핑 회로(311)의 출력 신호를 증폭하고, 래치(313)는 증폭기(312)의 증폭된 출력 신호에 응답하여 하이 레벨 신호를 발생 및 래치한다.
이에 사이리스터(SCR)의 제어 전극을 통해 래치(313)의 하이 레벨 신호를 인가받아, "온"상태가 된다.
그러면 "온" 상태인 신호 처리부(3)의 사이리스터(SCR)와 선로 연결 스위칭부(4)의 솔레노이드(SOL)를 통해 전류가 흐르고, 솔레노이드(SOL)는 이에 따라 소정의 전압을 발생하고, 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)는 솔레노이드(SOL)의 전압에 의해 "오프"된다.
따라서 제 1 선로(PL1)와 제 2 선로(PL2)는 개방 상태가 되어 부하(30)로는 전원 인가단(1)의 교류 전원이 인가되지 않는다.
또한 누설 전류 검출부(2)를 거친 제 1 선로(PL1) 및 제 2 선로(PL2)와 연결되는 동작 전원 발생부(32)도 교류 전원을 인가받지 못해 신호 처리부(31)의 동작 전원과 홀 소자(22)의 동작 전원을 발생하지 못하고, 신호 처리부(31)와 홀 소자(22)는 동작 전원을 인가받지 못해 비활성화 상태가 된다. 즉, 누전 차단기(10) 전체가 비활성화 상태가 된다.
이어서, 전원 케이블(20)의 금속 외피를 통해 누설 전류가 발생하였을 경우 즉, 아크형 결함이 발생하였을 경우의 누전 차단기(10)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
전원 케이블(20)의 금속 외피를 통해 누설 전류가 발생하면, 차동 변압기(21)의 제 4 선로(PL4)를 통해 전류가 흐르게 된다.
더욱 상세하게는 + 교류 전원이 인가될 때에는 전원 케이블(20)의 누설 전류가 전원 케이블(20)의 금속 외피, 제 4 선로(PL4), 및 제 1 선로(PL1)를 거쳐 흐르게 되고, - 교류 전원이 인가될 때에는 누설 전류가 전원 케이블(20)의 금속 외피, 제 2 선로(PL2), 및 제 4 선로(PL4)를 거쳐 흐르게 된다.
차동 변압기(21) 내부의 제 1 선로(PL1)와 제 2 선로(PL2)를 통해 흐르는 전류량이 동일하여 제 1 선로(PL1)에 의한 전압과 제 2 선로(PL2)에 의한 자기장이 상쇄되더라고, 차동 변압기(21)는 제 4 선로(PL4)를 통해 흐르는 전류에 따른 별도의 자기장을 더 생성하게 된다.
이에 홀 소자(22)는 차동 변압기(21)의 자기장에 응답하여 전기적인 신호를 생성하게 된다.
신호 처리부(3)의 클램핑 회로(311)는 누설 전류 검출부(2) 즉, 홀 소자(22)로부터 출력되는 전기적인 신호의 과전압을 제거한 후, 출력하고, 증폭기(312)는 클램핑 회로(311)의 출력 신호를 증폭하고, 래치(313)는 증폭기(312)의 출력 신호에 응답하여 하이 레벨 신호를 발생 및 래치한다.
이에 사이리스터(SCR)의 제어 전극을 통해 래치(313)의 하이 레벨 신호를 인가받아, "온"상태가 된다.
그러면 "온" 상태인 신호 처리부(3)의 사이리스터(SCR)와 선로 연결 스위칭부(4)의 솔레노이드(SOL)를 통해 전류가 흐르고, 솔레노이드(SOL)는 이에 따라 소정의 전압을 발생하고, 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)는 솔레노이드(SOL)의 전압에 의해 "오프"된다.
따라서 이에 부하(30)를 통해 누설 전류가 발생하였을 경우에서처럼 부하(30)로는 전원 인가단(1)의 교류 전원이 인가되지 않으며, 누전 차단기(10) 전체가 비활성화 상태가 된다.
이와 같이 부하(30) 또는 전원 케이블(20)의 금속 외피를 통해 누설 전류가 발생하여, 제 1 선로(PL1) 및 제 2 선로(PL2)가 개방되고 누전 차단기(10) 전체가 비활성화된 상태는 사용자가 선로 연결 스위칭부(4)의 스위치들(SW1, SW2)을 인위적으로 "온" 시켜 누전 차단기(10)가 다시 초기화될 때까지 유지된다.
마지막으로 테스트를 수행하는 경우의 누전 차단기(10)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
테스트부(5)의 스위치(SW3)가 "온"되면, 전원 인가단(1)의 출력단 즉, 노드 1(n1)의 제 1 선로(PL1)와 선로 연결 스위칭부(4)와 부하(30) 사이 즉, 노드 2(n2)의 제 2 선로(PL2)가 전기적으로 연결된다.
이에 노드 1(n1)에 인가된 제 1 선로(PL1)의 전류는 누설 전류 검출부(2)와 테스트부(4)로 분기되어 누설 전류 검출부(2)를 통해 흐르는 전류는 부하(30)로 인가되고, 테스트부(4)를 통해 흐르는 전류는 노드 2(n2)로 인가된다.
그러면 누설 전류 검출부(2)를 통해 흐르는 전류는 부하(30)로 입력하고, 부하(30)는 입력받은 전류만큼을 다시 노드 2(n2)로 다시 출력한다.
이에 차동 변압기(21) 내부의 제 1 선로(PL1)를 통해서는 "누설 전류 검출부(2)를 통해 흐르는 전류"만큼이 흐르게 되고, 제 2 선로(PL2)를 통해서는 "누설 전류 검출부(2)를 통해 흐르는 전류 + 테스트부(4)를 통해 흐르는 전류" 만큼이 흐르게 된다.
즉, 제 1 선로(PL1)와 제 2 선로(PL2)간에는 "테스트부(4)를 통해 흐르는 전류" 만큼의 전류차가 발생하게 된다.
그러면, 차동 변압기(21)는 제 1 선로(PL1)와 제 2 선로(PL2)의 전류차에 상 응하는 자기장을 발생하고, 홀 소자(22)는 차동 변압기(21)의 자기장에 따라 전기적인 신호를 발생한다.
이에 홀소자(22)로부터 전기적인 신호를 수신하는 선로 연결 제어부(3) 및 선로 연결 스위칭부(4)는 부하(30) 또는 전원 케이블(20)의 금속 외피를 통해 누설 전류가 발생하였을 경우에서와 동일한 동작을 수행하여 준다.
이와 같이, 본 발명의 누전 차단기(10)는 테스트시에 테스트부(5)를 통해 인위적으로 제 1 선로(PL1)와 제 2 선로(PL2)의 전류량을 변경하여, 부하(30) 또는 전원 케이블(20)의 금속 외피를 통해 누설 전류가 흐르는 때와 동일한 환경을 제공하고, 이에 따라 누전 차단기(10)가 정상 동작하는 지를 판단할 수 있도록 한다.
그리고 도 3을 참조하여 증폭기 및 슈미트 트리거 기능을 구비하지 않는 홀 소자를 구비하는 누전 차단기를 살펴보도록 한다.
도면에 도시된 바와 같이, 도 3의 누전 차단기는 도 2의 누전차단기와 동일하게 전원 인가단(1), 누설 전류 검출부(6), 선로 연결 제어부(3), 선로 연결 스위칭부(4), 및 테스트부(5)를 구비하되, 누설 전류 검출부(6)는 차동 변압기(611) 및 홀 소자(612) 이외에, 증폭기 및 슈미트 트리거 회로(62)를 더 구비하고, 선로 연결 제어부(3)의 동작 전원 발생부(32)는 증폭기 및 슈미트 트리거 회로(62)의 바이어스 전압을 생성하는 바이어스 회로(324)를 더 구비한다.
이에 누설 전류 검출부(6)의 차동 변압기(611)는 제 1, 제 2, 및 제 4 선로(PL1. PL2. PL4)를 통해 흐르는 전류에 따라 자기장을 생성하고, 홀 소자(612)는 차동 변압기(611)의 자기장에 따라 전기적인 신호를 생성한다.
그리고 증폭기 및 슈미트 트리거 회로(62)는 증폭기(미도시)와 슈미트 트리거 회로(미도시)로 구성되어, 증폭기는 홀 소자(612)로부터 출력되는 전압을 증폭기내의 이득율에 따라 증폭하고, 슈미트 트리거 회로는 증폭기로부터 출력되는 신호의 트리거를 잡아준다.
또한 동작 전원 발생부(32)의 바이어스 회로(324)는 저항들(R6, R7)과 캐패시터(C3)로 구성되어 전파 정류기(321)의 동작 전원을 인가받아 슈미트 트리거 회로(62)의 바이어스 전압을 발생하여 슈미트 트리거 회로(62)로 출력한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 누전 차단기는 저렴한 가격의 홀 소자를 이용하여 누설 전류를 감지할 수 있도록 한다. 따라서 누전 차단기의 생산 원가를 절감하여 준다.
그리고 누설 전류 뿐만 아니라 전원 케이블의 아크형 결함도 감지할 수 있도록 하여 누전 차단기의 성능을 증대하여 준다,
또한 누전 차단기의 자가 테스트 기능을 제공하여 누전 차단기의 동작 신뢰성을 제공한다.

Claims (19)

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  10. 부하로/로부터 입력/출력되는 전류가 흐르는 제 1 선로와 부하로부터/로 출력/입력되는 전류가 흐르는 제 2 선로와 접지와 연결되는 제3 선로와 전원 케이블의 금속 외피의 누설 전류가 흐르는 제 4 선로를 구비하고, 상기 제 1, 제 2, 및 제 4 선로간의 전류차에 대응되는 자기장을 생성하는 차동 변압기;
    상기 차동 변압기의 자기장에 대응되는 전압을 가지는 전기 신호를 생성하고 출력하는 홀 소자;
    테스트시에는 상기 차동변압기를 거치지 않는 상기 제 1 선로와 상기 차동변압기를 거친 제 2 선로간을 연결하여, 상기 제 1 선로와 상기 제 2 선로간에 인위적인 전류차가 발생되도록 하는 테스트부;
    누설 전류의 발생을 통보받으면, 상기 차동변압기를 거친 상기 제 1 선로와 상기 제 2 선로 각각을 개방하는 선로 연결 스위칭부; 및
    상기 전기 신호의 전압이 소정값이상이면, 누설 전류의 발생을 확인하고 통보하는 선로 연결 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
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  12. 제 10 항에 있어서, 상기 테스트부는
    상기 차동변압기를 거치지 않은 상기 제 1 차 선로와 상기 차동변압기를 거친 상기 제 2 선로 사이에 직렬 연결되는 저항과 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
  13. 삭제
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 선로 연결 스위칭부는
    상기 차동변압기를 거친 상기 제 1 선로와 상기 제 2 선로를 개방하는 스위치; 및
    상기 선로 연결 제어부의 제어하에 상기 스위치를 동작시키는 솔레노이드를 구비하는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 선로 연결 제어부는
    상기 홀 소자로부터 출력되는 전기 신호의 전압이 소정값 이상이면, 누설 전류가 발생하였음을 확인하고 상기 선로 연결 스위칭부에 소정의 전류를 인가하는 신호 처리부; 및
    상기 차동변압기를 거친 상기 제 1 차 선로와 상기 제 2 선로로부터 교류 전원을 인가받아 상기 신호 처리부의 동작 전원을 발생하는 동작 전원 발생부를 구비하는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 신호 처리부는
    상기 홀 소자로부터 출력되는 전기 신호의 과전압을 제거하는 클램핑 회로;
    상기 클램핑 회로의 출력 신호를 증폭하는 증폭기;
    상기 증폭기의 출력신호를 래치하는 래치; 및
    상기 동작 전원 발생부와 상기 선로 연결 스위칭부와 직렬 연결되고, 상기 래치 신호를 제어 신호로 인가받아 온/오프되는 사이리스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 동작 전원 발생부는
    상기 차동변압기를 거친 상기 제 1 선로와 상기 제 2 선로를 통해 상기 교류 전원을 인가받고, 상기 교류 전원을 전파 정류하여 상기 신호 처리부의 동작 전원을 발생하는 전파 정류기;
    상기 전파 정류기의 출력 신호를 평활화하는 평활 회로; 및
    상기 전파 정류기의 상기 동작 전원으로부터 상기 홀 소자의 동작 전원을 발 생하는 정전압 회로를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
  18. 제 10 항에 있어서, 상기 누전 차단기는
    상기 홀 소자로부터 출력되는 신호를 증폭하는 증폭기; 및
    상기 증폭기로부터 출력되는 신호의 트리거를 잡아주는 슈미트 트리거를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
  19. 제 17 항 또는 제 18항에 있어서, 상기 누전 차단기는
    상기 홀 소자의 동작 전원으로부터 상기 증폭기 및 슈미트 트리거의 바이어스 전압을 생성하는 바이어스 회로를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
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